无创经皮脊髓电刺激系统的研究

发布时间：2020-05-20 18:06

【摘要】：无创经皮脊髓电刺激(tSCS)可用于治疗慢性疼痛和促进脊髓损伤后肢体功能恢复,采用计算机仿真研究tSCS对神经元的影响,可为临床应用中tSCS刺激参数的选择提供理论依据。本文进行了经皮脊髓电刺激的仿真研究,并设计了一种可用的便携式电刺激器。首先创建人体腰骶段在tSCS条件下的有限元模型,使用Comsol的求解器计算得到沿神经元轴突的膜外电位,通过Matlab进行插值得到神经元轴突上郎飞结处的膜外电位,进而采用Neuron软件建立人体神经元双电缆模型,逐步调整刺激电流强度,从而计算得到神经元的激活门限电流值。仿真结果发现背根神经元轴突DR1的入椎间孔点距刺激电极最近,其激活门限电流值最低;腹根神经元轴突VR3的出脊髓点距椎骨T12棘突中心最近,其激活门限电流值最高;神经元的激活门限电流值随着刺激脉冲脉宽的增加而降低,但过长的脉宽会使得激活门限电流值的降幅变缓,因此选择合适的刺激脉宽有利于激活神经元,且不会因刺激强度过大导致使皮肤表层电流密度过高而引起患者的不适感。本文设计了一种便携式可编程电流型刺激器,旨在为临床试验研究提供有效手段。通过仿真结果和文献中的临床试验参数,确定刺激波形以及频率、电流强度、脉冲宽度的调整范围,并给出了系统设计的结构框图,然后分别介绍了系统硬件和软件设计,最后进行了带负载能力测试和人体测试,结果表明该刺激器能够输出稳定而有效的刺激波形。
【图文】：

[2-4]，目前广泛使用的是硬膜外脊髓电刺激(epidural Spinal Cord Electrical Stimulation, eSCS)，如图1-1所示，接受这种疗法的病人首先需做一个3到7天的短期试验，测试脊髓电刺激的治疗效果；在试验阶段，刺激电极通常在X射线的引导下插入患者的硬膜外腔，逐步调整电极位置，直到获得最佳镇痛效果, 通过导线把刺激电极连接至体外的刺激器。若试验效果良好，则刺激器被永久植入患者腹部或臀部皮下，用于缓解患者的慢性疼痛。图 1-1 硬膜外脊髓神经元电刺激示意图

刺激电极靠近目标神经组织，因而治疗的靶向性好，刺激强度、术后感染风险、电极折断或移位、需二次手术更换电池等意味着这种治疗方式可能会是一把双刃剑，患者在享受它带时，也可能会因它而承受痛苦，因而部分患者难以接受这种治电刺激(transcutaneous Spinal Cord Electrical Stimulation, tSCS)刺激电极被贴于皮肤表面，通过采用合适的电流脉冲或电压脉疾病[6, 7]，如图 1-2 所示，图中左侧腹部较大的矩形代表正相矩形代表刺激电极，中间蓝色矩形代表刺激器。Gerasimenko经皮脊髓电刺激能够诱发脊髓损伤后瘫痪患者的下肢运动[8]。、成本低，，但是也存在一定缺陷，由于刺激电极距离目标神经焦，因而刺激准确度低，易激活目标神经元轴突附近的神经，位置最佳位置的选择较为困难，运动训练时随着身体姿势的变动，可能影响到刺激效果。因此需要进一步研究 tSCS 作用下化刺激参数，以达到更好的治疗效果。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;R496

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 孙晨;张旭;任朝晖;董谦;崔南;;不同电极电刺激对有髓神经传导阻断影响的仿真研究[J];北京生物医学工程;2011年02期

2 殷正刚;霍小林;;基于脊髓损伤病理的神经纤维电传导建模仿真[J];北京生物医学工程;2007年06期

3 樊碧发;脊髓电刺激的镇痛机制及其临床应用[J];中华医学信息导报;2005年04期

4 张叔辰;司永兵;刘子生;姚爱国;;电刺激脊髓后索治疗顽固性疼痛(1例报告)[J];立体定向和功能性神经外科杂志;1990年03期

相关硕士学位论文 前1条

1 胡能宇;采用表面阵列电极的功能电刺激仿真与优化设计[D];华中科技大学;2013年

本文编号：2672996